探討：視頻監(jiān)控系統(tǒng)管理平臺的異構方法

    隨著各種網(wǎng)絡的普及，網(wǎng)絡視頻監(jiān)控也獲得了長足的進展，網(wǎng)絡視頻監(jiān)控的規(guī)模也呈現(xiàn)出幾何級數(shù)的增長，由以前的幾十點到現(xiàn)在幾千點甚至幾萬點的項目也屢有出現(xiàn)。在這樣大的網(wǎng)絡環(huán)境下，各種不同的異構網(wǎng)絡將不可避免的出現(xiàn)，同時，隨著網(wǎng)絡的增大，必然要求同一監(jiān)控網(wǎng)絡下支持各種不同的監(jiān)控前端設備，也必然要求在同一個大監(jiān)控平臺下兼容不同的子系統(tǒng)以及子應用。以上所有要求都不約而同提出了一個監(jiān)控平臺面臨的問題，及監(jiān)控平臺的異構問題。

    在當下的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控體系中，異構問題主要存在于下述三種情形：一、不同架構、技術體系的系統(tǒng)異構。二、不同傳輸能力，傳輸質量的網(wǎng)絡異構。三、不同接口模型，接入?yún)f(xié)議的產(chǎn)品異構。下面分別從體系架構上介紹三種異構產(chǎn)生的原因及其解決方式。

    不同技術體系的系統(tǒng)間異構問題

    一個大的綜合性視頻監(jiān)控平臺的建設要求構造一個大規(guī)模、廣范圍的視頻監(jiān)控管理平臺，形成對所轄范圍的有效的視頻監(jiān)控�，F(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)由于技術體系不一，采用的標準各異，存在著相互之間難以兼容互通的問題。而綜合視頻監(jiān)控管理平臺不可能只采用一種視頻監(jiān)控系統(tǒng)，必需兼容使用多種不同的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。以平安城市為例，“平安城市”項目是一個特大型、綜合性非常強的管理系統(tǒng)，不僅需要滿足治安管理、城市管理、交通管理、應急指揮等需求，而且還要兼顧災難事故預警、安全生產(chǎn)監(jiān)控等方面對圖像監(jiān)控的需求，同時還要考慮報警、門禁等配套系統(tǒng)的集成以及與廣播系統(tǒng)的聯(lián)動。由于這些系統(tǒng)所采用的技術體系、整體架構都存在著巨大的差別，因此在這些系統(tǒng)的互聯(lián)過程中必然會出現(xiàn)系統(tǒng)異構的問題。解決這種類型的問題必須在系統(tǒng)的技術體系，系統(tǒng)的總體架構上進行充分的考慮。如圖所示為典型的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控大平臺的分層設計(圖1)，在設計架構上要采用分層次，模塊化設計，下圖是一個典型視頻監(jiān)控平臺設計結構圖，其設計分為如下層次設計：底層網(wǎng)絡協(xié)議層，核心數(shù)據(jù)交換層，綜合業(yè)務邏輯層，對外應用表現(xiàn)層。

    底層網(wǎng)絡協(xié)議層是整個網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎，由于當前的大多數(shù)系統(tǒng)支持的傳輸協(xié)議多種多樣，因此為了能夠與各個子系統(tǒng)進行平滑對接必須在協(xié)議上能夠滿足彼此的融合。當下的系統(tǒng)主要還是以UDP與TCP為基礎的網(wǎng)絡協(xié)議，并且保證支持各種應用協(xié)議的支持，其中包括RTP，RTSP，HTTP，SIP，SOAP等協(xié)議。

    核心數(shù)據(jù)交換層是整個系統(tǒng)的設計核心，主要完成前端設備的兼容設計以及能力集描述，子系統(tǒng)兼容能力統(tǒng)一描述，兩個模塊均用于處理在異構情況下的設備與子系統(tǒng)兼容。還具備對大容量媒體流以及透明數(shù)據(jù)的管理。通過一套高效和強壯的流處理機制完成存儲和轉發(fā)的統(tǒng)一資源調度，從而使得系統(tǒng)的處理能力得到極大的提高。

    綜合業(yè)務邏輯層主要完成監(jiān)控系統(tǒng)中的綜合業(yè)務處理，其中設備、應用抽象模塊完成應用層調用的統(tǒng)一接口，達到使用歸一化。

    對外應用表現(xiàn)層主要完成監(jiān)控系統(tǒng)的表達方式，包括UI等。

    此種異構解決方式在平臺中為兩個主要模塊完成。其一是核心數(shù)據(jù)交換層的前端應用接入控制模塊，完成與各個子系統(tǒng)之間的協(xié)議對接功能以及各種子系統(tǒng)的通信控制。由多個子模塊構成分別對應不用的子系統(tǒng)的接入。其二是綜合業(yè)務邏輯層應用接入抽象模塊，完成所有子系統(tǒng)的對外接口的統(tǒng)一化，對上層提供統(tǒng)一接口。屏蔽各個子系統(tǒng)之間的差異，為上層用戶調用各種不同的資源提供統(tǒng)一調用接口。子系統(tǒng)包括視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，報警子系統(tǒng)，智能子系統(tǒng)，門禁子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)等。

    網(wǎng)絡異構問題

    大型的聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)必須面對各種復雜的異構網(wǎng)絡條件，無法改變它，而只能利用和適應它。而各種異構網(wǎng)絡接入條件在帶寬、時延、誤碼率等方面存在巨大的差異性。因此，如何保證視頻流在傳輸過程中的實時性、流暢性和平穩(wěn)性，是大型網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的平臺面臨的基本問題，也是區(qū)分是否達到大型網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的平臺軟件水平的主要標志之一。

    在系統(tǒng)平臺解決方案中，針對于此種異構網(wǎng)絡情形下主要采取如下關鍵性技術：

    1、帶寬實時偵測技術與帶寬負載均衡技術，具體說明如下，在整個網(wǎng)絡下的服務器群實時監(jiān)測彼此帶寬容量，當帶寬高于或者低于某一設定閾值后，服務器間的碼流發(fā)送將自動做出調整，并把相應的網(wǎng)絡負載平滑遷移到其他網(wǎng)絡帶寬空閑的服務器中，此種技術適用于網(wǎng)狀網(wǎng)結構。針對樹狀網(wǎng)絡結構中，每級服務器都會根據(jù)其自身的網(wǎng)絡帶寬資源來主動的調配和限制網(wǎng)絡使用并可保證優(yōu)先級別更高的用戶優(yōu)先得到服務。上述技術是保證異構網(wǎng)絡之間音視頻數(shù)據(jù)平穩(wěn)傳輸中較為常用的技術。

    2、異構網(wǎng)絡環(huán)境下的音視頻轉碼技術，由于3G寬帶技術的普及，無線監(jiān)控也逐漸進入人們的視野，但是由于無線傳輸仍然有其固有的缺陷，那就是帶寬低，網(wǎng)絡傳輸不平穩(wěn)。隨著高清的出現(xiàn)，視頻碼率也隨著加大。另外，由于手機平臺多為嵌入式操作系統(tǒng)或者是專用操作系統(tǒng)，對多樣的編碼制式存在不足。為了能夠更好的解決以上因為網(wǎng)路異構以及帶寬不匹配造成的不便，因此提出了音視頻轉碼技術。主要解決歸一化編碼以及通過降低分辨率、幀率和圖像質量等手段來達到降低碼流的效果。

    3、異構網(wǎng)絡環(huán)境下的均勻碼流發(fā)送技術，由于網(wǎng)絡帶寬的限制，視頻編碼過程中由于環(huán)境突變、關鍵幀請求等原因造成設備碼流發(fā)送變得非常不平穩(wěn)，為了降低因此對網(wǎng)絡造成的沖擊，在系統(tǒng)設計時需要考慮到碼流均勻發(fā)送機制。對于開放平臺，這其中還涉及到在流模式下對視頻幀的定位與提取等關鍵技術。另外，由于部分網(wǎng)絡中有對大數(shù)據(jù)包過濾與屏蔽機制，需要在設計過程中適當考慮控制數(shù)據(jù)包長度。

    4、數(shù)據(jù)丟包與重建技術，由于網(wǎng)絡帶寬的不平穩(wěn)經(jīng)常會出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過程中的丟包與亂序的現(xiàn)象，人為為后端引入大量誤碼，破壞了系統(tǒng)的穩(wěn)定性�；�于此在設計過程中需要充分考慮這一現(xiàn)象，在接收與發(fā)送雙方建立一個高效的丟包重傳以及亂序重拍機制，在保證圖像的流暢性同時確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

    不同設備的異構接入問題

    隨著視頻監(jiān)控設備網(wǎng)絡化的普及，如IPC、DVS、DVR的大量出現(xiàn)，將不可避免的會涉及到網(wǎng)絡視頻監(jiān)控平臺設備接入的異構性。為了解決各大平臺廠商面臨的問題，各個大的監(jiān)控廠商提出了ONVIF和PSIA協(xié)議，上述兩個協(xié)議就是解決設備統(tǒng)一接入模式而產(chǎn)生，但是由于此協(xié)議還處在使用與推廣的初期，大量的網(wǎng)絡監(jiān)控設備還無法提供統(tǒng)一保準的協(xié)議接口，所以設備的兼容性仍然是考驗當前大型網(wǎng)絡視頻監(jiān)控平臺的一個主要特性。而在傳統(tǒng)的設備提供的SDK中又分為API模式與CGI模式，由此在當下的接入方式大的方面可以總結為四類：API/SDK，CGI/SDK，ONVIF和PSIA。

    綜上所述，隨著監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，監(jiān)控設備的種類越來越多，監(jiān)控系統(tǒng)面臨的異構兼容需求會越來越旺盛，如何適應這一應用需求的變化將是橫亙在各個監(jiān)控平臺廠商一道難題。